Osnove 3D modeliranjaKamera in upodabljanje

Helena Gabrijelčič Tomc(UL, NTF, Oddelek za tekstilstvo)

Kamera

Opazovalni sistem (Viewing System)

1/f=1/a+1/b

Leča, gorišče in goriščna razdalja – goriščnica

(Lens, Focal point and Focal length)

• količino svetlobe, čas osvetljevanja• prikaz gibanja objekot v statični sceni

Hitrost zaklopa (Shutter speed)

• razmerje med premerom odprtine zaslonke in goriščno razdaljo objektiva

Odprtina zaslonke (Diaphragm, aperture)

Vidni kot in vidno polje (Field of View, Angle of View)

Slikovni kot in slikovno polje

24 mm, perspective

Vidno polje in tip kamere

8 mm, perspective

Vidno polje in tip kamere

Ortographic

Vidno polje in tip kamere

f/1.4 f/16f/5.6

Globina polja (Depth of field)

5 korakov 15 korakov

Simulacija globine polja v 3Dju

1. sferična rotacija prostora

2. konvolucijska matrika z nastavitvami meglenja (postprocesiranje:

info o globini+meglenje)

Primer: Miha Feuš: Chesstris

Simulacija globine polja

• hitrost zaklopa

Megljenje premika (Motion Blur)

5

15

Simulacija megljenja premika

Ecodesign - Product Design with 3D Computer Graphic

https://www.youtube.com/watch?v=b84VLEJqWzw

Dolly Camera, Vertigo Effect

Upodabljanje

CG101:What is rendering?

https://www.youtube.com/watch?v=0Ysc9PViwgM

model, teksture,

mapiranje

kamera

luči

materiali in karakteristike

površin

senčenje

upodabljanje in shranjevanje

Fleksibilno zaporedje faz pri upodabljanju

• odstranjevanje skritih robov (Hidden Surface Removal)

• informacija o globini, globinski kanal (Z-buffer)

• direktno in indirektno osvetljevanje

• globalo osvetljevanje

Operacije pri upodabljanju

Sledenje poti

Žan Vidmar: PRIMERJAVA RAZLIČNIH UPODOBLJEVALNIKOV V PROGRAMU AUTODESK MAYA

• sledenje vsakemu žarku po poti iz kamere do svetlobnega vira• število vzorcev in gostota (problem šuma)• interpolacija• primeren: eksterne scene, lahko dostopen svetlobni vir

Dvosmerno sledenje poti

Žan Vidmar: PRIMERJAVA RAZLIČNIH UPODOBLJEVALNIKOV V PROGRAMU AUTODESK MAYA

• “Bidirectional pathtracing”• princip BRDF-ja (Bidirectional Reflectance Distribution Function) • sočasno sledimo žarkom po poti iz svetlobnega vira (ang. light path) in žarkom iz kamere (ang. eye path, camera path)• preračunavajo se vse možnosti povezav med obstoječimi žarki, interpolacija

https://corona-renderer.com/forum/index.php?topic=146.0

https://www.youtube.com/watch?v=fmitpIl9jxs

• tehnika upodabljanja, ki naj ne bi imela sistematičnih napak pri izrisu (popoln foto-realizem)

• konglomerat algoritmov: path tracing, light tracing, bidirectional path tracing, metropolis light transport in stochastic progressive photon mapping

• število vzorcev

• problem “unbias” algoritma: kavstika

• nemogoče povezati kavstično točko (caustic point) linearno skozi transparenten material v senzor kamere

Fizikalno natančno upodabljanje

Žan Vidmar: PRIMERJAVA RAZLIČNIH UPODOBLJEVALNIKOV V PROGRAMU AUTODESK MAYA

• razmerje med orientacijo normal površin ter pozicijo in orientacijo kamere• "object space" vs. "image space "

Odstranjevanje skritih robov

• informacija o globini, globinska mapa (Z-depth map)• razvrščanje glede na lego v Z osi• na enem objektu in enem pisklu v določeni časovni enoti • glede na kamero: test vidnosti (visibility test)

http://mgun.tistory.com/139

Informacija o globini (Z-Buffer)

Z-depth map

Informacija o globini (Z-Buffer)

• ločljivost

• mehčanje robov (Antialiasing)

• redukcija šuma z vzorčenjem (SuperSampling)

• globina rekurzije

• gibanje in število slik (Motion and Frame Rate)

• velikost slike in razmerje točke (Pixel Ratio)

• shranjevanje (brez, shranjevanje slike, shranjevanje animacije, izbira ustreznega formata)

Nastavitve pri upodabljanju

• “Aliasing”: ostri, nazobčani robovi, šum (tudi pri visoki resoluciji) – posledica digitalnega izpisovanja• “Antialiasing”: proces navideznega zaokroževanja ostrih robov• različni algoritmi in filtri mehčanja (napr. Quadratic: filter z matematično funkcijo kvadratične krivulje, deluje na 9 pikslov)

Mehčanje robov

Mehčanje robov

http://www.nvnews.net/reviews/xfx_geforce_8800_ultra_xxx/page_3.shtml

Mehčanje robov

barvna interpolacija

• šum (tudi pri visoki resoluciji) – posledica algoritmov upodabljanja

Redukcija šuma z vzorčenjem

1 2

3 4

1 – enakomerno2 – Flipquad3 – Jittering4 – Rotated Grid SuperSampling

Redukcija šuma z vzorčenjem

• redukcija šuma z vzorčenjem na robovih

http://www.cs.uaf.edu/~genetti/Research/Papers/CGF98/ASOS.html

Adaptive SuperSampling

Globina rekurzije

barva Z-BufferAlpha

• po kanalih• po namenu (izris, posamezna slika, animacije)• digitalno sestavljanje (digital compositing)

Shranjevanje

http://www.cooltuna.com/blog/2009/05/14/masks-and-render-passes/

Upodabljanje po plasteh (Rendering Passes, Layers)

Dodatni učinki

• megla

• kavstika – osvetljevanje in luči

• volumetrične luči – osvetljevanje in luči

• okolica (1. background, 2. world map)

• navidezna okolica

• mapa prestavitev, displacement

• motion blur, depth of field

• global illumination (raytracing, radiosity)

Dodatne nastavitve pred upodabljanjem

• informacija o globini• volumetričnost• radij vpliva• krivulja

Megla

Megla s teksturo

1. ozadje (Background, Backdrop)

• ujemanje s celotnim zaslonom• animacije, statična kamera 2. objemajoče ozadje

Okolica

• objemajoče ozadje, hemisfera• odboj okolice od objektov

Navidezna okolica

• interno

• eksterno

• z vtiči (programi, skripte)

Post-procesiranje

Original

Anaglyph Bloom / Corona Sketch Soften reflections

Interno

Z-Bufferalpha

megla + ozadjeoriginal globina polja

Eksterno

AnimacijiRed’s Dream (Pixar, 1987)

Lovebites (Lovebites Team , 2015)

https://www.youtube.com/watch?v=6dHgOjmEyJQ

https://www.youtube.com/watch?v=katIJ9Oabb8

https://www.youtube.com/watch?v=yq0hOZwA8r8